JPH11191613A - 容量電極の製造方法 - Google Patents

容量電極の製造方法

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JPH11191613A
JPH11191613A JP9360272A JP36027297A JPH11191613A JP H11191613 A JPH11191613 A JP H11191613A JP 9360272 A JP9360272 A JP 9360272A JP 36027297 A JP36027297 A JP 36027297A JP H11191613 A JPH11191613 A JP H11191613A
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electrode
capacitor
hsg
phosphorus
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量電極の表面に形成された凸部を消滅させ
ることなく、表面で不足した不純物を導入する。 【解決手段】 複数の凸部が表面に形成された容量電極
の製造方法において、容量電極4の表面にHSGグレイ
ン5を形成した後に、HSGグレイン5に注入エネルギ
ーを20〜50keVとし不純物をイオン注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量電極の製造方
法に関し、特にその表面に複数の微細な凸部を有する容
量電極の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、DRAM等のメモリ装置にお
いては、集積度の向上が絶えず望まれている。すなわ
ち、占有面積に対する容量をいかにして稼ぐかが課題と
なっており、このような課題を解決する手段の一つとし
てHSG(Hemi-Spherical-Grain)技術が提案されてい
る。このHSG技術とは容量電極の表面に、マッシュル
ーム状または半球状の微細な凸部を形成することによっ
て容量電極の表面積を拡大し、容量増加を図るものであ
る。
【0003】図5と図6は、HSGグレインを備えた容
量電極の従来の製造工程を示す断面図である。これらの
図において、(a)〜(c)は製造工程の各段階におけ
る断面を示す。まず、図5(a)において、シリコン基
板1に拡散層2を形成し、シリコン基板1の表面には酸
化シリコンからなる層間絶縁膜3をCVD法を用いて堆
積させ。そして、層間絶縁膜3にコンタクトホールを開
口した後に、このコンタクトホールを介して拡散層2の
上に、リン(P)のドープされたアモルファスシリコン
により、スタックト・キャパシタの下部電極である容量
電極4を形成する。
【0004】図5(b)において、モノシラン(SiH
4 )を容量電極4の表面に照射してから560℃の下で
アニールを行う。すると、容量電極4の表面のシリコン
原子はマイグレーションを起こし、マッシュルーム状ま
たは半球状の微細な凸部(以下、HSGグレイン5とい
う)が形成される。
【0005】その後、図6(c)に示すように容量電極
4の表面に容量絶縁膜7をCVD等を用いて堆積させ、
さらにその上にセルプレート電極8を形成することによ
り、スタックト・キャパシタが作られる。
【0006】ところが、ここで容量電極4の表面におけ
るリン(P)の濃度に注目すると、シリコン原子がマイ
グレーションを起こしてHSGグレイン5が形成される
と、容量電極4の表面付近のリンが容量電極4の内側に
向かって拡散し、表面付近のリンの濃度が内側よりも低
くなってしまうことが知られている。その結果、容量電
極4の表面における空乏化(空乏層9)が大きくなって
しまい、容量電極4の表面に微細な凹凸を形成しても、
HSGの効果が十分得られないという問題点があった。
【0007】そこで、従来においては、容量電極4全体
に830〜900℃という高温のアニール処理を施すこ
とにより、内部に集中したリンを再度表面付近に拡散さ
せることが行われていたが(例えば、900℃、30分
間)、これからのプロセストレンドとしては、微細化に
ともない、ソースとドレインの間隔が短くなる傾向にあ
り、あまり高熱をかけるとこれらの領域の不純物が拡散
して、実効的なソース−ドレイン間隔が、さらに短くな
ってしまう。したがって、所望のソース−ドレイン間隔
を確保するためには、400〜820℃という低温プロ
セスが主流となりつつあり、900℃という高温のアニ
ール処理を実施すことは事実上困難である。
【0008】ところが、容量電極4の内部に集中したリ
ンを、低温処理で表面へ拡散させることは難しく、例え
ば800℃、30分間の処理を行ってもリンを表面まで
拡散させることはできない。一方、上記のようにアニー
ル処理によってリンを拡散させる方法だけでなく、ノン
ドープのアモルファスシリコンの容量電極を形成し、H
SGグレインを形成した後に、容量電極4に不純物を導
入するという方法も提案されている。
【0009】図7は、HSG形成後に不純物を導入する
従来例を示す断面図である。同図において、図5,6に
おける同一または同等のものには、同一符号を付してい
る。図7(a),(b)の各段階は、図5(a),
(b)のものとほぼ同様であり、ここではノンドープの
シリコンを堆積させて容量電極4を形成し、その後に図
7(c)に示すようにHSGグレイン5の上からリンの
イオン6を注入している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、HSG
グレインはその大きさが0.1μm程度という微細かつ
脆弱な凸部であるため、単純にリンをイオン注入したの
では、簡単に凹凸形状が消滅してしまい、HSGによる
効果を得ることはできなくなってしまう。このように、
従来においては400〜820℃という低温プロセスで
使用できる容量電極の製造方法は存在しなかった。本発
明は、このような課題を解決するためのものであり、容
量電極の表面に形成された凸部を消滅させることなく、
表面で不足した不純物を導入することができる容量電極
の製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項1に係る容量電極の製造方法
は、複数の凸部が表面に形成された容量電極の製造方法
において、上記容量電極の表面に上記凸部を形成した後
に、上記凸部に注入エネルギーを20〜50keVとし
て不純物をイオン注入するものである。また、本発明の
請求項2に係る容量電極の製造方法は、請求項1におい
て、上記不純物は、リン(P)またはヒ素(As)であ
る。また、本発明の請求項3に係る容量電極の製造方法
は、請求項1または2において、上記不純物のイオン注
入量が、5E15から5E16である。また、本発明の
請求項4に係る容量電極の製造方法は、請求項1乃至3
の何れか一項において、上記容量電極は、アモルファス
シリコンまたはポリシリコンで形成されたものである。
また、本発明の請求項5に係る容量電極の製造方法は、
請求項1乃至3の何れか一項において、上記凸部は、H
SG処理によって形成された凸部である。また、本発明
の請求項6に係る容量電極の製造方法は、請求項1乃至
3の何れか一項において、上記容量電極は、スタックト
・キャパシタの下部電極である。また、本発明の請求項
7に係る容量電極の製造方法は、請求項1乃至3の何れ
か一項において、上記容量電極は、フローティング・ゲ
ートである。
【0012】このように構成することにより本発明は、
容量電極の表面に、凸部を消滅させることなく不純物を
導入することができ、キャパシタの容量減少を防止する
ことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図1と図2は、本発明の
一つの実施の形態を示す断面図である。同図において、
図6における同一または同等のものには、同一符号を付
しており、また図1(a),(b)の各段階は、図5
(a),(b)のものと同様である。
【0014】さて、図1(c)においては、予め形成し
ておいた容量電極4の表面に、注入エネルギーを20〜
50keVとし、注入量を5E16cm-2としてリン
(P)をイオン注入した。また、イオンの注入方向を基
板表面に対して斜めの方向から行い、さらに基板を回転
させながらイオンを注入することで、側壁に形成された
HSGグレインや、HSGグレイン同士の間の凹部に対
しても良好に不純物を注入することができる。さらに、
従来のように不純物を熱拡散によってHSG表面に拡散
させる必要がないので、半導体基板を830℃以上の高
温にさらすことがなくなる。その結果、このような条件
の下では、HSGグレイン5がほとんど消滅しないこと
が確認され、詳細については後述する。その後、図2
(d)に示すように、容量電極4の表面に容量絶縁膜5
を形成し、さらにその上にセルプレート電極8を形成す
ることによってスタックト・キャパシタができあがる。
【0015】ここで、本発明に係る実験結果について説
明する。図3は、キャパシタ容量のバイアス依存性を示
すグラフであり、単純にイオン注入した例(従来例)、
高温の熱処理をした例、低温の熱処理をした例、本発明
に係るイオン注入をした例について示している。測定方
法は、下部電極、すなわち容量電極4を接地電位に固定
し、上部電極、すなわちセルプレート電極8に−Vin
t/2〜+Vint/2の電圧を印加して、そのときの
容量変化を測定したものである。ここで、Vint/2
は、電源電圧に等しいものであり、1.5〜5V程度で
ある。ただし、実使用状態では上部電極に電源電圧の1
/2の固定バイアスを印加し、下部電極に記憶情報とし
て、0Vまたは電源電圧に近い電圧を与えるようにして
いる。上部電極を0Vまたは電源電圧に固定するより
も、1/2の電源電圧とすることで、容量膜の耐圧性を
稼ぎつつもバイアスの低減を図っている。さて、同図に
示すように単純にイオン注入を行ったものは、HSGの
凹凸が消滅して容量が小さくなったため、容量のバイア
ス依存性は少ないものの、HSGグレインの凹凸が消滅
しているので、容量が少なくなっている。すなわち、H
SGによる効果が得られていないことがわかる。
【0016】それに対して、高温の熱処理を行うと容量
は全体的に最も高くなり、低温の熱処理では−Vint
/2の状態の時に容量が小さくなってしまう。これは、
低温の熱処理では、不純物濃度が不足しているため空乏
層が伸びやすく、容量にバイアスが印加されると容量が
低下することを意味している。この結果、ハイレベルの
情報を記憶したときには、ローレベルの情報を記憶した
ときより、容量が小さいので、記憶情報の保持時間が短
くなってしまう。すなわち、ホールド特性を満足できな
くなり、データの消失を招きかねない。これに対して高
温の熱処理を行うと、HSG全体に不純物が拡散し、バ
イアスを印加しても空乏層ができにくくなるので、記憶
情報がハイレベルであってもローレベルであっても容量
が低下することがなくなり、良好なホールド特性を得る
ことができる。したがって、容量の観点だけからすれ
ば、高温処理を行うことが最も優れているのだが、これ
では前述の理由により今後の低温プロセスにおいては適
用することができない。
【0017】そこで、注入エネルギーを20〜50ke
Vとし、注入量を5E15〜5E16cm-2、望ましく
は1E16cm-2としてリン(P)をイオン注入した結
果、グラフに示されるように、容量のバイアス依存性の
少ないHSGを得ることができた。この結果、記憶情報
がハイレベルであっても、ローレベルであっても、容量
が低下することがないため、良好なホールド特性を得る
ことができた。なお、不純物濃度としては、濃いほど望
ましいが注入するのに時間がかかるので1E16cm-2
程度であればよい。
【0018】さて、図4はイオン注入のエネルギーと容
量電極4の表面積との関係を示すグラフである。同図に
示すように、リンをその注入量を1E16cm-2に固定
した状態でイオン注入した場合は、60keVあたりま
では表面積はだいたい一定しており、その後は急激に減
少している。同様に、ヒ素をその注入量を1E16cm
-2固定した状態でイオン注入した場合も、50keVあ
たりまでは若干減少するものほぼ一定であり、その後は
急激に減少している。したがって、以上の結果から、リ
ンまたはヒ素を注入エネルギーを20〜50keVと
し、注入量を1E16cm-2としてイオン注入すれば、
HSGグレインが消滅しないことが、本願発明者によっ
て明らかにされた。
【0019】なお、本発明に係る容量電極を、DRAM
等のキャパシタの容量電極のみならず、EEPROM等
のフローティング・ゲートに適用しても効果的であるこ
とは明らかである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、容量電極
の表面に凸部を形成した後に、凸部に注入エネルギーを
20〜50keVとして不純物をイオン注入することに
より、凸部が消滅することなく容量電極にリンを導入す
ることができる。したがって、本発明を用いることによ
って凸部を消滅させることなく不足した不純物を導入す
ることができ、キャパシタ等の容量減少を容易に防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。
【図2】 図1の続きを示す断面図である。
【図3】 キャパシタ容量のバイアス依存性を示すグラ
フである。
【図4】 イオン注入のエネルギーと容量電極4の表面
積との関係を示すグラフである。
【図5】 従来例を示す断面図である。
【図6】 図5の続きを示す断面図である。
【図7】 従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…拡散層、3…層間絶縁膜、4…
容量電極、5…HSGグレイン、6…イオン、7…容量
絶縁膜、8…セルプレート電極、9…空乏層。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の凸部が表面に形成された容量電極
    の製造方法において、 前記容量電極の表面に前記凸部を形成した後に、前記凸
    部に注入エネルギーを20〜50keVとして不純物を
    イオン注入することを特徴とする容量電極の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記不純物は、リン(P)またはヒ素(As)であるこ
    とを特徴とする容量電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、 前記不純物のイオン注入量が、5E15から5E16で
    あることを特徴とする容量電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3の何れか一項において、 前記容量電極は、アモルファスシリコンまたはポリシリ
    コンで形成されていることを特徴とする容量電極の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至3の何れか一項において、 前記凸部は、HSG処理によって形成された凸部である
    ことを特徴とする容量電極の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至3の何れか一項において、 前記容量電極は、スタックト・キャパシタの下部電極で
    あることを特徴とする容量電極の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至3の何れか一項において、 前記容量電極は、フローティング・ゲートであることを
    特徴とする容量電極の製造方法。
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